用于钨化学机械抛光的组合物制造技术

化学机械抛光组合物，其包括：基于水的液体载剂、分散在该液体载剂中的阳离子型研磨剂颗粒、具有小于7的等电点的第一氨基酸化合物及具有大于7的等电点的第二氨基酸化合物。该组合物的pH在约1至约5的范围内。用于化学机械抛光包括钨层的基板的方法，包括：使该基板与前述的抛光组合物接触，相对于该基板移动该抛光组合物，及研磨该基板以从该基板移除一部分钨且由此抛光该基板。钨且由此抛光该基板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于钨化学机械抛光的组合物

技术介绍

[0001]用于抛光(或平坦化)基板表面的化学机械抛光(CMP)组合物及方法是本领域中公知的。用于抛光半导体基板上的金属层(诸如钨)的抛光组合物(也称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)可包含悬浮在水溶液中的研磨剂颗粒、化学促进剂(诸如氧化剂)、螯合剂及类似者、以及用于降低金属在CMP浆料中的蚀刻的速率的腐蚀/蚀刻抑制剂。
[0002]在钨插塞及互连制程中，钨通常沉积在介电质的上方以及其中所形成的开口内。然后，在CMP操作期间，移除介电质层的上方的过量的钨以在介电质内形成钨插塞及互连。随着半导体器件的特征尺寸的持续缩小，在CMP操作(诸如钨CMP操作)中，满足器件要求(包括平坦性及缺陷要求)已经变得更加困难。例如，浆料所引起的缺陷(包括过度的局部腐蚀)可降低器件的良率(产率，yield)。过度的阵列侵蚀、局部侵蚀、以及钨插塞和线的凹进(recessing)也可损及整体电学性能并降低器件的良率(产率，yield)。
[0003]市售的钨CMP浆料通常使用过氧化氢氧化剂。尽管过氧化氢的使用有许多优点，但已知在某些CMP操作中会促成过度的钨蚀刻。在工业(行业)中，仍需要对钨的腐蚀性较小的钨CMP浆料(或组合物)。此外，如本领域中所公知的，半导体工业经历着持续且严重的价格下行压力，该价格下行压力延伸至CMP耗材本身(例如，延伸至CMP浆料及垫)。由于降低成本的压力经常与期望的浆料性能指标冲突，因此，这样的价格压力对浆料配制者提出挑战。因此，在工业中，也确实需要稳定且以降低的总成本提供高产量(throughput)的CMP浆料。

技术实现思路

[0004]公开了用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物。抛光组合物包含基于水的液体载剂及分散在该液体载剂中的阳离子型研磨剂颗粒、由基于水的液体载剂及分散在该液体载剂中的阳离子型研磨剂颗粒组成、或基本上由基于水的液体载剂及分散在该液体载剂中的阳离子型研磨剂颗粒组成。该组合物进一步包含具有小于7的等电点的钨腐蚀抑制剂及具有大于7的等电点的钨腐蚀抑制剂。该组合物的pH在约1至约5的范围内。进一步公开了用于化学机械抛光包括钨层的基板的方法。该方法可包括：使基板与以上所述的抛光组合物接触，相对于该基板移动该抛光组合物，及研磨该基板以从该基板移除一部分钨，且由此抛光该基板。
具体实施方式
[0005]公开了用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物。该抛光组合物包含以下物质、由以下物质组成、或基本上由以下物质组成：基于水的液体载剂、分散在该液体载剂中的阳离子型研磨剂颗粒、具有小于7的等电点的第一钨腐蚀抑制剂(例如，第一氨基酸化合物)、及具有大于7的等电点的第二钨腐蚀抑制剂(例如，不同于第一氨基酸化合物的第二氨基酸化合物)。该组合物的pH在约1至约5的范围内。抛光组合物可进一步任选地包含含铁的促进剂(诸如可溶性的铁促进剂)、结合至含铁的促进剂的稳定剂、及过氧化氢氧化剂。在一个实施方式中，第一氨基酸化合物可为甘氨酸和/或缬氨酸且第二氨基酸化合物可为组
氨酸、精氨酸和/或赖氨酸。
[0006]所公开的抛光组合物及对应者(CMP方法)可赋予显著且预料不到的优点。例如，所公开的抛光组合物倾向于既是化学稳定的也是胶体稳定的，使得组合物的pH及组合物中的研磨剂颗粒的平均尺寸这两者均随时间的推移保持稳定(例如，随时间的推移基本上不变)。抛光组合物可进一步提供经改善的抗腐蚀性能(例如，减少的钨蚀刻)以及经改善的贮存期及适用期。此外，抛光组合物及对应的CMP方法可提供经改善的平坦性，包括经改善的阵列侵蚀、局部蚀刻、以及钨插塞和线的凹进。
[0007]应当理解，所公开的CMP组合物可有利地用于大量(bulk)钨移除和/或钨磨光(buff)CMP操作。大量移除操作可需要更高的钨移除速率，而磨光操作可需要更低的缺陷水平和/或更严格的腐蚀控制。所公开的CMP组合物也可有利地用于单步钨CMP操作。尽管所公开的实施方式可特别良好地适合于钨磨光操作，但是，这些实施方式并非旨在限于任何特定的钨CMP操作。
[0008]该抛光组合物包含这样的研磨剂，该研磨剂包括悬浮在液体载剂中的金属氧化物(研磨剂)颗粒。研磨剂可基本上包括适宜的金属氧化物颗粒，例如，包括胶体氧化硅颗粒和/或热解氧化硅(fumed silica)颗粒。如本文所用的，术语胶体氧化硅颗粒是指经由湿式制程而不是通常产生结构上不同的颗粒的火成(pyrogenic)或火焰水解制程制备的氧化硅颗粒。这样的胶体氧化硅颗粒可为聚集的或非聚集的。非聚集的颗粒为单独的离散颗粒，其形状可为球形或接近球形，但也可具有其它形状(诸如，大体上椭圆形、正方形或矩形的横截面)。聚集的颗粒为这样的颗粒，在所述颗粒中，多个离散颗粒簇集或结合在一起以形成具有大体不规则形状的聚集体。
[0009]胶体氧化硅可为沉淀或缩聚氧化硅，其可使用本领域普通技术人员已知的任何方法(诸如通过溶胶凝胶法或通过硅酸盐离子交换)来制备。缩聚氧化硅颗粒经常是通过将Si(OH)4缩合以形成基本上球形的颗粒而制备的。前体Si(OH)4可例如通过高纯度烷氧基硅烷的水解或通过硅酸盐水溶液的酸化来获得。这样的研磨剂颗粒可例如根据美国专利第5,230,833号制备或可从大量的商业供应商(例如，包括EKA Chemicals、Fuso Chemical Company、Nalco、DuPont、Bayer、Applied Research、Nissan Chemical、及Clariant)中的任一者获得。
[0010]火成氧化硅是经由火焰水解制程来生产的，在该制程中，适宜的原料蒸气(诸如四氯化硅)在氢气及氧气的火焰中进行燃烧。在燃烧制程中形成大致球形的熔融颗粒，其直径可经由制程参数改变。这些熔融球体(通常称为初级颗粒)通过在其接触点处发生碰撞而彼此融合(fuse)以形成支化的三维链状聚集体。热解氧化硅研磨剂可从许多供应商(包括，例如，Cabot Corporation、Evonic、及Wacker Chemie)商购获得。
[0011]抛光组合物可基本上包含任何适宜量的研磨剂颗粒。若抛光组合物包含过少的研磨剂，则该组合物可能不展示足够的移除速率。相反地，若抛光组合物包含过多的研磨剂，则该抛光组合物可展现不合乎期望的抛光性能和/或可能不具有成本效益(cost effective)和/或可能缺乏稳定性。该抛光组合物可包含约0.01重量％或更多的研磨剂颗粒(例如，约0.05重量％或更多)。该抛光组合物可包含约0.1重量％或更多(例如，约0.2重量％或更多、约0.3重量％或更多、或0.5重量％或更多)的研磨剂颗粒。抛光组合物中的研磨剂颗粒的浓度通常小于约20重量％，且更典型地约10重量％或更少(例如，约5重量％或
更少、约3重量％或更少、约2重量％或更少、或约1.5重量％或更少、或约1重量％或更少)。应当理解，该研磨剂颗粒可以由任何两个前述端点界定的浓度存在于抛光组合物中。例如，抛光组合物中的研磨剂颗粒的浓度可在约0.01重量％至约20重量％，且更优选约本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物，该组合物包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的阳离子型研磨剂颗粒；具有小于7的等电点的第一氨基酸化合物；具有大于7的等电点的第二氨基酸化合物；及在约1至约5的范围内的pH。2.权利要求1的组合物，其具有在约3至约5的范围内的pH。3.权利要求1的组合物，其中，该第一氨基酸化合物选自丙氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、酪氨酸、缬氨酸、谷氨酸及其混合物。4.权利要求1的组合物，其中，该第一氨基酸化合物选自甘氨酸、缬氨酸、丙氨酸及其混合物。5.权利要求1的组合物，其中，该第二氨基酸化合物选自组氨酸、精氨酸、赖氨酸及其混合物。6.权利要求1的组合物，其中，该第一氨基酸化合物为甘氨酸且该第二氨基酸化合物为精氨酸。7.权利要求1的组合物，包含：约0.05至约1重量％的该第一氨基酸化合物；及约0.005至约0.2重量％的该第二氨基酸化合物。8.权利要求1的组合物，其中，该阳离子型研磨剂颗粒在该组合物中具有在约10mV至约40mV的范围内的ζ电位。9.权利要求1的组合物，其中：该阳离子型研磨剂颗粒包括具有永久性正电荷的胶体氧化硅研磨剂颗粒；该胶体氧化硅研磨剂颗粒在该组合物中具有在约10mV至约40mV的范围内的ζ电位；该胶体氧化硅研磨剂颗粒具有大于约40nm的平均粒度；及该组合物具有在约3.5至约5的范围内的pH。10.权利要求1的组合物，进一步包含含铁的促进剂。11.权利要求10的组合物，进一步包含结合至该含铁的促进剂的稳定剂，该稳定剂选自磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸及其混合物。12.权利要求1的组合物，进一步包含过氧化氢氧化剂。13.用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物，该组合物包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的具有永久性正电荷及大于约40nm的平均粒度的胶体氧化硅研磨剂颗粒；该胶体氧化硅研磨剂颗粒在该组合物中具有在约10mV至约40mV的范围内的ζ电位；具有小于约7的等电点的第一氨基酸化合物；具有大于约7的等电点的第二氨基酸化合物；及在约3.5至约5的范围内的pH。14.权利要求13的组合物，其中，该第一氨基酸化合物选自甘氨酸、缬氨酸、丙氨酸及其
混合物且该第二氨基酸化合物选自组氨酸、精氨酸、赖氨酸及其混合物。15.权利要求14的组合物，包含：约0.05至约1重量％的该第一氨基酸化合物；及约0.005至约0.2重量％的该第二氨基酸化合物。16.权利要求13的组合物，进一步包含含铁的促进剂及结合至该含铁的促进剂的稳定剂，该稳定剂选自磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊烯二酸、粘康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸及其混合物。17.权利要求13的组合物，进一步包含过氧化氢氧化剂。18.用于抛光具有钨层的基板的化学机械抛光组合物，该组合物包含：基于水的液体载剂；分散在该液体载剂中的具有大于约90nm的平均粒度的胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娜，KP多克里，刘兆，RA伊万诺夫，
申请(专利权)人：CMC材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：